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含油污泥是油气田开发过程中产生的伴随品,其含有大量的苯系物、酚类、蒽、芘等有毒有害物质,对环境具有极大危害[1]。随着环境保护趋势的日益严峻,新疆油田在含油污泥处理上不断探索无害化、资源化的处理工艺,目前形成了以热解法、化学热洗法为主的处置工艺,同时超声清洗技术及微生物技术也逐渐应用到含油污泥处理上。由于含油污泥的处置最终还是环境问题的解决,利用生命周期评价分析来对比研究含油污泥的处置工艺,可有效地分析工艺的环境影响性。
生命周期分析(Life Cycle Assessment,LCA)是对贯穿产品生命周期全过程,从原材料获取、生产、使用直至最终处置的环境影响及其潜在影响的研究[2]。国内利用LCA的研究仍处于探索阶段。侯兴等[3]对3种典型城市污水再生处理工艺进行生命周期环境影响定量评价,探讨了不同工艺在不同回用用途下的环境表现。漆雅庆[4]应用LCA方法,以污泥焚烧发电项目为研究对象,对污泥的产生、运输、焚烧和发电等4个过程进行了清单分析, 并分别计算出4个过程的能耗及其对环境的影响并将其与燃煤发电做了对比。胡志锋等[5]运用生命周期评价方法,以广州市生活垃圾的不同处理方式为研究对象,对卫生填埋、焚烧处理和综合处理方式进行了系统的生命周期评价,根据清单分析及环境影响评价,对每种处理方式的缺点进行了分析并提出建议。曾山珊等[6]从生命周期评价的角度对硫酸锰生产的传统工艺和新工艺进行对比,提出新工艺对环境更友好且更加节省资源。何艺等[7]对生命周期评价如何应用于我国固体废物环境管理进行了探讨。可见,LCA在产品生态设计、废物管理以及工艺对比等方面展现出强大优势。
目前国内应用LCA对含油污泥处理工艺的研究案例较少,王兴润等[8]通过生命周期评价方法对比研究了燃煤共处置与集中焚烧处置的环境影响。但由于焚烧法将含油污泥中的油全部燃烧,造成很大程度的资源浪费,现在已不提倡使用焚烧法。目前,国内针对含油污泥处理工艺的选择一般是对处理效果或成本的考虑,对环境影响的考虑较少。本研究提出对几种含油污泥处理工艺进行基于生命周期评价的对比研究,从环境角度选择最优的含油污泥处理工艺,为油田企业进行含油污泥处理技术的选择及优化提供思路和参考,同时也可推动新疆油田清洁生产发展和环境管理。
不同含油污泥处理工艺的生命周期评价
Life cycle assessment of different treatment processes for oily sludge
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摘要: 运用生命周期评价方法,对5种含油污泥处理工艺进行了环境影响定量评价,分别从能源消耗、物料消耗、污染物排放和运输等方面对比分析了不同工艺的环境表现。结果表明,在5种含油污泥处理工艺中,超声工艺及热洗工艺的环境影响值较低,归一化总值分别为2.27E-14、2.51E-14,均具有良好的环境表现,主要原因是这2种工艺的能源消耗量较小且污染物排放量较小。而热解、热解+热洗及微生物工艺的环境影响值较高,归一化总值分别为4.16E-14、3.74E-14和3.23E-14。从环境影响的角度考虑,含油污泥处置应优先考虑超声工艺或热洗工艺。Abstract: Five oily sludge treatment processes were quantitatively assessed through the life cycle assessment method for their environmental impact. The environmental performance of different processes was analyzed from the aspects of energy consumption, material consumption, pollutant emission and transportation. The results showed that the environmental impact values of the ultrasonic technology and the thermochemical cleaning technology were lower, and the normalized total values were 2.27E-14 and 2.51E-14, respectively. There was a good environmental performance of them. The main reason was that the energy consumption and the pollutant emission of the two processes were lower. While the environmental impact values of the pyrolysis and the pyrolysis & thermochemical cleaning as well as the microbial treatment were higher with the normalized values of 4.16E-14, 3.74E-14 and 3.23E-14, respectively. Considering the environmental impact, the oily sludge should be preferentially treated by the ultrasonic technology or the thermochemical cleaning.
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Key words:
- oily sludge /
- treatment process /
- life cycle assessment /
- environmental impact /
- comparative analysis
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表 1 含油污泥处置工艺清单分析
类型 项目 热解 热洗+热解 微生物 超声 热洗 能源消耗 电能 /kW·h 2.80E+01 5.90E+01 2.60E+01 3.00E+01 8.00E+00 天然气/m3 3.30E+01 6.00E+00 2.00E+00 − 1.60E+01 物料消耗 水/kg 5.00E+01 6.50E+02 4.50E+02 1.73E+02 3.00E+02 硅酸钠/kg − 1.88E+00 − − − 非离子表面活性剂/kg − 1.88E+00 − − − 微生物制剂/kg − − 3.00E-01 − − 微生物营养剂/kg − − 1.00E+01 − − 生物表面活性剂/kg − − 1.50E+01 − − 破乳剂/kg − − − 2.86E-01 9.70E-02 聚合氯化铝/kg − − − 1.03E+01 3.63E-02 COD去除剂/kg − − − 2.86E-01 聚丙烯酰胺/kg − − − 1.14E+00 1.45E-02 环保型助溶剂/kg − − − − 6.03E+00 污染物排放 CO2/kg 8.88E+01 2.51E+01 1.73E+00 − 3.46E+01 SO2/kg 1.60E-02 2.37E-03 1.00E-04 − 5.77E-05 NOX/kg 7.51E-02 7.83E-03 3.40E-03 − 1.18E-02 颗粒物(烟尘)/kg 5.51E-03 8.40E-04 1.50E-04 6.29E-03 − 非甲烷总烃废气/kg 1.07E-01 1.17E-02 2.72E-02 1.15E-02 6.31E-02 H2S/kg − 1.25E-04 1.00E-05 1.49E-04 − 交通运输 运输/ t*km 3.00E+00 3.02E+01 3.13E+01 3.06E+01 3.03E+01 表 2 环境影响识别分类
指标 相关环境负荷项目 ADP 原油、电力生产、天然气、煤 AP H2S、SO2、NO2、NO、NOx EP COD、TN、NO2、NO、NOx GWP CO2、CH4等 IWU 新鲜水 RI NH3、TPM、PM10、PM2.5、NOx、
硫化物、SO2、TSP等注:非生物资源消耗潜值(ADP)、酸化潜值(AP)、富营养化潜值(EP)、全球变暖潜值(GWP)、工业用水量(IWU)和可吸入无机物(RI),下表同。 表 3 含油污泥处理工艺生命周期评价特征化结果
指标 热解 热洗 热洗+热解 超声 微生物 ADP 3.74E-07 2.07E-07 1.03E-07 4.95E-08 1.13E-07 EP 5.31E-05 3.71E-05 4.59E-05 3.85E-05 4.97E-05 GWP 1.68E-01 7.45E-02 9.46E-02 4.48E-02 6.24E-02 IWU 1.79E-01 5.00E-01 9.11E-01 3.45E-01 9.00E-01 RI 9.91E-05 5.41E-05 1.14E-04 8.36E-05 9.54E-05 AP 4.17E-04 2.50E-04 4.45E-04 3.47E-04 4.00E-04 表 4 含油污泥处理工艺的LCA归一化结果
指标 热解 热洗 热洗+热解 超声 微生物 ADP 1.87E-15 1.03E-15 5.16E-16 2.47E-16 5.65E-16 EP 6.74E-15 4.71E-15 5.82E-15 4.88E-15 6.30E-15 GWP 2.03E-14 8.97E-15 1.14E-14 5.39E-15 7.52E-15 IWU 1.39E-15 3.89E-15 7.09E-15 2.68E-15 7.00E-15 RI 5.19E-15 2.84E-15 5.98E-15 4.38E-15 5.00E-15 AP 6.16E-15 3.70E-15 6.58E-15 5.13E-15 5.92E-15 总值 4.16E-14 2.51E-14 3.74E-14 2.27E-14 3.23E-14 -
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